關鍵詞:　鋼管混凝土;　配合比設計與優(yōu)化;　含氣量;　膨脹率

　　鋼管混凝土是將素混凝土填充在圓鋼管內(nèi)而形成的一種組合結構材料。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土相比,具有承載力高、重量輕、塑性韌性好、施工方便及節(jié)省水泥木材等優(yōu)點[1],因而在現(xiàn)代高層建筑和大跨徑拱橋中得到了廣泛的應用。

　　眾所周知,鋼管與核心混凝土間的套箍作用是鋼管混凝土具有一系列突出優(yōu)點的根本原因。要實現(xiàn)鋼管及其核心混凝土間的套箍作用,必須使核心混凝土與鋼管壁緊密結合在一起。與普通鋼管混凝土相比,鋼管高強膨脹混凝土被認為是較為理想的鋼管混凝土[2]。這種材料的特點是核心混凝土中摻加了膨脹組分,建立了前期主動緊箍力,使鋼管與核心混凝土在受荷載作用之前就產(chǎn)生緊箍力,從而彌補了普通鋼管混凝土緊箍力出現(xiàn)太遲的缺陷,改善了這種材料的工作性能[3,4],但混凝土的含氣量對鋼管壁與混凝土的粘結有較大影響,若混凝土含氣量過大,在鋼管混凝土的泵送施工過程中會在泵送壓力和混凝土自重的作用下富集于鋼管內(nèi)壁,造成鋼管壁與核心混凝土的脫粘,從而影響鋼管混凝土性能的發(fā)揮。文中結合某鋼管混凝土拱橋工程實際情況,試驗研究了C50核心混凝土的含氣量對其膨脹性能的影響,以確定實際施工時C50核心混凝土含氣量的范圍,并將之應用于宜萬鐵路長江大橋鋼管混凝土設計及施工中。

1　C50自密實微膨脹鋼管混凝土研制

及其性能

1.1　原材料

試驗中所用的原材料如下:

　　水泥:葛州壩42.5級普通硅酸鹽水泥;粉煤灰:Ê級粉煤灰;砂:中粗河砂,細度模數(shù)2.7,含泥量1.0%,泥塊含量0.5%;石:5～25mm連續(xù)級配的碎石,含泥量1%,壓碎值8.2%,針片狀含量10%;拌合水:潔凈自來水;膨脹劑:武漢浩源化學建材有限公司生產(chǎn)的UEA系列膨脹劑;高效減水劑:山東淄博銀凱華偉建材公司高效減水劑NOF2AS。

1.2　C50混凝土配合比試配

　　本研究的依托工程中,采用C50自密實鋼管混凝土,混凝土灌注量較大,要求單根鋼管一次泵送到頂,單次連續(xù)施工時間長,同時泵送高程大,所以對混凝土工作性能要求較高:坍落度達到220mm,3h后坍落度仍保持在180mm以上;不離析、不泌水,粘聚性能好。否則有可能對施工過程及混凝土質量產(chǎn)生嚴重影響。

　　課題組經(jīng)大量混凝土試配及配合比優(yōu)化設計,初步確定了如表1所示的C50混凝土配合比,并按GBöT500802002標準及GBöT500812002進行了混凝土坍落度、擴展度及其經(jīng)時損失、凝結時間、抗壓強度及彈性模量測試,結果見表2。按GBJ1192003方法進行了混凝土的限制膨脹率測試,實驗結果如下表3所示。

　　試驗結果表明,實驗中所制備的C50鋼管混凝土具有良好工作性能(表2):初始坍落度23cm,擴展度60cm以上,3h后坍落度仍達18cm以上,且混凝土和易性好,不離析、不泌水。混凝土初凝時間約18h,終凝時間約21h,能夠滿足鋼管混凝土泵送施工工藝的要求。同時,混凝土的強度發(fā)展很快,其3d抗壓強度就能達到設計標號80%以上,混凝土28d彈性模量值也列于表2中。由以上實驗結果可知,該混凝土完全滿足的泵送施工和剛度要求。

1.3　C50微膨脹鋼管混凝土的含氣量及混凝土在

鋼管約束條件下的膨脹率

　　核心混凝土的含氣量對鋼管壁與混凝土的粘結有很大影響。若制備的核心混凝土氣體量過大,在進行鋼管混凝土的泵送頂升施工過程中,這些氣體極易在泵送壓力和混凝土自身重力的作用下吸附于鋼管內(nèi)壁并富集而形成一層氣體膜,抵消了核心混凝土的膨脹量,易造成鋼管壁與混凝土脫粘。鋼管混凝土拱橋工程中,混凝土頂升施工的泵送壓力一般為10～20MPa,據(jù)本課題組大量實際工程檢測及研究發(fā)現(xiàn),鋼管混凝土的含氣量為2.3%～3.0%時,在上述泵送壓力和混凝土的自重作用下,當有占混凝土體積0.05%的氣體富集在鋼管內(nèi)壁處時,會造成混

　　凝土與鋼管內(nèi)壁間形成寬0.11mm的圓環(huán)形間隙,因而要求核心混凝土的膨脹率至少要大于2.5×10-4才能有效防止脫粘現(xiàn)象的發(fā)生[5]。而在鋼管拱的拱頂附近,氣體因混凝土重力沉降和泵送壓力等原因造成的吸附富集現(xiàn)象更為嚴重,其產(chǎn)生脫粘的機率更大,降低了鋼管混凝土結構的整體性,劣化了其結構力學性能。

　　此外,對于摻膨脹劑混凝土的膨脹率測量方法,有關標準中進行了詳細規(guī)定,要求膨脹試件脫模后放入水中養(yǎng)護14d,此后再轉入空氣中養(yǎng)護。這一規(guī)定與鋼管混凝土所處的實際環(huán)境大不相同混凝土處于鋼管密封條件下,與外界基本上沒有濕度交換。

　　因而測得的混凝土膨脹率并不能真空反映鋼管混凝土中核心混凝土的膨脹情況。為此,設計了能真實反映鋼管混凝土體積變形的模具(見圖1)?；炷凉嘧⒅?在鋼管內(nèi)壁涂油,并鋪設一層塑料薄膜,混凝土灌注之后用薄膜將混凝土包裹密封,使之與外界無濕度交換?；炷凉嘧⒅蠓胖貌Ａ?以便于千分表測頭的安放?；炷劣不?頂部涂刷一層凡士林,并安裝磁性表座及千分表,以后按齡期讀取千分表數(shù)值,由測試結果得到混凝土在鋼管約束條件下各齡期的膨脹率。對表1中各組混凝土進行了鋼管約束條件下的混凝土膨脹率測定,結果見表4。

　　由實驗結果(表4、表7)可知,混凝土含氣量較小時,能有利于膨脹劑更好地發(fā)揮其膨脹效能,因而混凝土約束條件下的膨脹率相應也略高。

1.4　C50自密實鋼管混凝土配合比及徐變性能

　　通過以上試驗的研究分析,最后確定的C50自密實鋼管混凝土的配合比為表5No.4,并依據(jù)GBJ8285進行了混凝土的徐變性能研究,表8為依據(jù)測試結果得到的混凝土徐變系數(shù)(混凝土3d齡期時開始加載)。由表可知,該混凝土在持荷180d前徐變系數(shù)隨齡期延長而增加,而在21～28d之前增幅較快,持荷28d后徐變系數(shù)約占180d的80%,此后增幅減緩,180d時徐變系數(shù)為1.9。

2　結　論

　　a.核心混凝土含氣量對混凝土的膨脹率有較大影響,當含氣量減小時,混凝土約束條件下的膨脹率增加,有利于膨脹劑更好地發(fā)揮其膨脹效能;

　　b.經(jīng)混凝土配合比優(yōu)化設計,配制出了C50自密實微膨脹鋼管混凝土。試驗表明該混凝土具有良好的工作性能,180d時混凝土的徐變系數(shù)為1.9,滿足工程設計要求。

參考文獻

　　[1]　蔡紹懷.現(xiàn)代鋼管混凝土結構[M].北京:人民交通出版社,2003.

　　[2]　顧淦身.儲存高膨脹能的延遲膨脹機理,建筑物裂滲控制新技術(首屆全國混凝土膨脹劑學術交流會論文集)[J].北京:中國建材工業(yè)出版社,1994:98～101.

　　[3]　李　悅,胡曙光,丁慶軍.鋼管膨脹混凝土的研究及其應用[J].山東建材學院學報,2000,14(3):1892192.

　　[4]　潘友光.圓鋼管砼軸心受力作用下本構關系的研究及其應用[D].哈爾濱:哈爾濱建工學院,1989.

　　[5]　丁慶軍,彭艷周,何永佳,等.巫山長江大橋鋼管混凝土配合比設計與施工[J].混凝土,2006,(10):61264.